燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析

为了研究燃烧室热边界对微型内燃机微燃烧特性的影响,以指导燃烧室设计,采用层流有限速率模型对微燃烧过程进行了仿真。首先对仿真结果开展了有效性分析,探讨了网格尺寸、时间步长、步长内最大计算步数3个建模因素对仿真结果的影响,结果表明仿真与实验比较吻合。在此基础上探索了散热系数、壁面厚度和材料3个参数对燃烧特性的影响。结果表明,散热系数对燃烧特性有较明显的影响,散热系数从0增加到55 W／（m2·K ）时,压力升高率减小,着火点延后,最高压力值下降了2个大气压。壁面厚度和材料对燃烧特性影响不大,分析表明这是由于在热量从缸内传到外界环境的热流路径中主要传热热阻是外壁面与环境之间的对流换热热阻所致。     

三维晶格玻尔兹曼方法模拟动脉弓内的流场

简要介绍了三维晶格玻尔兹曼方法,它是模拟流体流动以及为复杂物理现象建模的一个新工具.应用三维晶格玻尔兹曼方法对动脉弓模型的流场在不同雷诺数情况下进行模拟,给出了弯管内的轴速度、二次流和壁面剪切应力的分布特征,并对结果进行了详细的分析.     

管内振动壁面射流流场的数值模拟

采用动网格技术和k-ε两方程湍流模型,通过求解二维非定常不可压雷诺时均NavierStokes方程,对局部壁面振动的管内射流流场进行数值模拟,分析局部振动壁面的振幅和频率对流动的影响.结果表明,射流孔下游壁面静压随振幅、频率的增加而增加;射流孔附近静压在126°相位角降到最低.射流孔的平均流量随振幅的增加而减小,随频率的增加而增加;流量波动随振幅、频率的增加而增大,高频率对主流的影响更加明显.     

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.     

微流控芯片通道壁面润湿性对微滴生成的影响

液滴微流控中芯片微通道的壁面润湿性是决定微滴生成的重要因素之一。为研究环烯烃共聚物芯片微通道表面润湿性对通道内微滴生成以及流体流动行为的影响,利用流体体积(volume of fluid, VOF)模型对聚焦流微通道中水和氟油两相流动行为进行数值模拟,并制备了接触角为30°、90°、120°梯度下的芯片微通道壁面开展实验研究,模拟与实验吻合良好。结果表明:在固定物性和结构参数下,壁面润湿性越弱,油包水微滴越容易形成,壁面的减阻特性随之增强,并且壁面的减阻特性导致90°比120°时微滴的生成频率低29.3%,直径增大8.3%;随着润湿性的增强,水相相对于氟油相的界面由凸变凹,30°时芯片生成微滴由油包水变成水包油;随着连续相毛细数(Ca)的升高,壁面润湿性对微滴生成的影响减小。     

铜带材气悬浮退火过程中的气体流动与气固传热特征

对气垫炉加热段内0.6 mm厚紫铜板材处理过程中的气体流动和气固传热进行研究,改变板材移动速度和悬浮高度,对气流速度、温度、湍动能的分布及努塞尔数(Nu)进行对比与综合分析,系统地评价板材的处理效果与气垫炉的运行稳定性。研究结果表明：随着板材移动速度增大,板材表面的温度和Nu分布趋于均匀,驻点位置向板材运动方向偏移;Nu的平均值增大,传热效率提高。驻点上游流动分离区内的速度和湍动能均比下游侧的低。板材悬浮高度增大,驻点附近的湍动能下降,而流动分离区的旋涡被拉伸,热传递在流向和展向均被增强;同时,温度和Nu分布更均匀,Nu的平均值增大。     

垂直壁面附近单气泡运动特性可视化研究

为了明晰气泡在壁面附近的浮升行为及运动规律,采用高速摄影结合阴影图像处理算法,对水中近壁面气泡的迁移行为进行了可视化研究,探讨了不同初始离壁距离条件下气泡运动轨迹、形状和上升速度的变化规律。研究结果表明：在气泡上升的初始阶段,当气泡与壁面量纲一间距S^*≤1.4时,气泡趋向于壁面运动;当S^*≥2.05时,气泡远离壁面运动。在本研究的参数范围内,当S^*≤0.61时,气泡与壁面发生周期性碰撞,碰撞瞬间气泡水平速度发生反转,气泡形状由椭球形突变为球形;当S^*≥1.4时,气泡与壁面不再发生碰撞,气泡呈“之”字形振荡上升,上升轨迹近似于正弦曲线。随着气泡初始离壁距离进一步增加,气泡上升轨迹振荡的幅度减小,周期增大,壁面效应逐渐减弱;当气泡变形程度减小时,气泡纵横比的振幅变大。气泡水平速度呈现与气泡轨迹相同的变化趋势,振幅减小,周期增大;而气泡垂直速度基本不随初始离壁距离的改变而变化。当气泡与壁面不发生碰撞时,气泡垂直速度的振荡周期为水平速度振荡周期的1/2。     

去离子水在微圆管中流动特性的实验研究

实验研究了去离子水在内径为30, 20, 16, 5和2 μm微圆管中的流动特性. 实验结果表明: 内径为16 μm以上的微圆管中的流动符合经典流体力学理论; 当管径降低到5和2 μm时, 去离子水在微圆管中的低速流动呈现出明显的非线性特征, 实验结果偏离经典流体力学理论, 且管径越小偏离幅度越大. 随着Reynolds数的增大, 非线性程度逐渐减弱, 实验值趋近于某一稳定值. 实验最小Reynolds数仅为2.46×10^-5.     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

血管支架内壁微织构参数对近壁面血流特性的影响

为了改善血管支架置入后近壁面的血流特性,抑制血管支架内血小板、脂类等物质的黏附,降低支架内出现再狭窄现象的概率,基于仿生学原理,在管状血管支架内表面设计了不同高度的正六边形凸起微织构,采用有限元法探究不同高度微织构在心脏收缩期和舒张期内对近壁面处血流状态的影响。结果表明,相比于无织构支架,内壁带有微织构的支架能够有效改善血流状态：在心脏收缩期,当血液流速达峰值时刻,微织构高度为35μm的支架下血流速度可提高0.78%,微织构高度为50μm的血管支架下血流速度能够提高8.93%;在心脏舒张期血液平稳流动时,微织构高度为35μm的支架下血流速度提高2.20%,微织构高度为50μm的血管支架下血液流速增幅达14.37%。尤其是在血液流速达峰值时,近壁面处的血液出现扰动和停滞区,随着微织构高度的增加,血液扰动的幅度逐渐增大;而当血液流动处于平稳状态,血液在近壁面产生漩涡和回流现象,微织构越高,血液回流量越小,漩涡强度越大。相比于无织构支架,微织构支架能够有效改善近壁面处的血流特性,提高血液流动速度和近壁面处的扰动,减少血液黏附,降低血管支架出现再狭窄的风险。